无源互调 (PIM)

目录

PIM简介

阻抗与线性

PIM 测试

定义PIM

调制信号的互调

PIM计算示例

三个或更多载波

来自突发源的 PIM

PIM 的原因

机械考虑

金属接触

隧道效应

生锈的螺栓效应

烧结

铁磁材料

亚铁磁材料

表面效应

PIM 源的时间依赖性

成分

连接器

电缆

天线

附近腐蚀

避雷器

PIM 的迹象

PIM测试

反射或反向 PIM 测试

前向 PIM 测试

功率级别

扫描测试信号

振动

CPRI 上的 PIM 测试

PIM 限制

定位PIM

预防 PIM：最佳实践

检查

打扫

扭矩

概括

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PIM简介

PIM 已成为蜂窝网络运营商日益严重的问题。PIM 问题可能随着现有设备老化、与新运营商共置或安装新设备而出现。在将新运营商覆盖（双工）到旧天线线路时，PIM 尤其容易引发问题。

PIM 会产生干扰，降低基站的接收灵敏度，甚至导致通话中断。这种干扰不仅会影响产生干扰的基站，还会影响附近的其他接收器。PIM 是由高发射功率引起的，因此需要在等于或高于原始发射功率的水平上进行现场 PIM 测试，以确保测试能够发现任何 PIM 问题。

对于希望最大程度提高网络可靠性、数据速率、容量和投资回报率的蜂窝运营商来说，PIM 是一个严峻的问题。值得注意的是，PIM 测试并非取代基于阻抗的线路扫描，而是对线路扫描的补充，而后者如今比以往任何时候都更加重要。

高速数字数据通信使得PIM测试至关重要。随着小区使用率和吞吐量的增长，新型数字调制产生的峰值功率急剧增加，严重加剧了PIM问题。现场实验表明，下载速度显著下降与PIM的轻微增加有关。路测显示，当残余PIM电平从-125 dBm增加到-105 dBm时，下载速度下降了约18%。这个数字并不算低。

阻抗与线性

PIM 测试用于测量系统线性度，而回波损耗测量则关注阻抗变化。需要记住的是，它们是两个独立的测试，包含大多数不相关的参数，用于测试蜂窝系统中相反的性能条件。

有可能 PIM 测试通过，但回波损耗测试失败；也有可能 PIM 测试失败，但回波损耗测试通过。本质上，PIM 测试无法发现高插入损耗，回波损耗测试也无法发现高 PIM。线路扫描和 PIM 测试都很重要。

某些电缆故障在 PIM 测试中表现最佳。例如，如果天线馈线的连接器内部有金属碎片漂浮，则在线路扫描通过时，PIM 测试很可能会失败。天线线路通常具有近乎理想的阻抗特性，但金属碎片四处飞溅会导致 PIM 测试失败。这也表明连接器安装不正确。

另一个可能导致 PIM 测试失败的原因是编织射频电缆。这类电缆在回波损耗或驻波比 (VSWR) 测试中表现完美，但通常 PIM 性能一般。编织外导体就像数百个松散的连接点，在 PIM 测试中表现不佳，尤其是在老化之后。对于永久性安装，不建议使用编织电缆。

低 PIM 精度测试电缆已在市场上销售，并且性能良好，尽管它们非常昂贵。

某些电缆故障在回波损耗或驻波比 (VSWR) 测试中表现得最为明显。一个很好的例子是凹陷或挤压的主馈线电缆，它在损坏处会出现阻抗不匹配，但可能仍然是线性的。回波损耗测试可以快速发现此类损坏，但无源互调 (PIM) 测试则无法发现。

随着 W-CDMA 等扩频调制技术以及 LTE 和 WiMAX 等 OFDM 技术的推出，正确且精确地测试 PIM 和阻抗参数已变得至关重要。

PIM 测试

PIM 会降低蜂窝系统的可靠性、容量和数据速率。它通过限制接收灵敏度来实现这一点。过去，射频工程师可以选择在所需接收频段内不会产生 PIM 的信道频率。然而，随着蜂窝使用量的增长，授权频谱变得拥挤不堪。工程师通常必须选择不太理想的射频载波频率，并接受潜在的 PIM 问题。此外，现有的天线系统和基础设施正在老化，使得任何出现的 PIM 都会变得更强。

当PIM产物位于基站无线电的接收频段内时，它们会使接收器对限制接收覆盖范围的弱信号变得不那么敏感。这会增加误码率 (BER)，并导致更多掉线。如果连接用于数据，来自PIM的干扰会产生更多错误保护位并重新发送，从而导致整体数据速率降低。在某些情况下，PIM甚至会导致接收器阻塞，从而关闭该扇区。

PIM 问题的迹象包括接收噪声基底分集不平衡和高噪声基底。其他迹象包括平均通话时长缩短、掉线率升高、数据速率降低以及通话量减少。

未修复的无源互调 (PIM) 问题会导致基站收发信台 (BTS) 在校准期间假设存在一定的接收噪声水平，从而导致使用总发射功率和接收增益值。这些值会延续到业务繁忙时段，导致基站的统计性能不佳。接收机输入端本底噪声的任何增加都会导致该接收机动态范围的下降。如果接收灵敏度为 -107 dBm，但实际本底噪声为 -97 dBm，则需要终止呼叫或连接，或将其切换到另一个站点/扇区，比系统正常设计时间提前 10 dB。如果 1 dB 的接收电平等于 0.5 英里，则该连接将提前 5 英里切换。站点之间裕度通常不大的扇区最终会出现死区，导致通话丢失。PIM 测试和故障修复将恢复所需的原始性能。

定义PIM

PIM 是一种交调失真，通常发生在通常被认为是线性的器件中，例如电缆、连接器和天线。然而，当这些器件受到蜂窝系统中的高射频功率影响时，它们可能会产生 -80 dBm 或更高的交调信号。

图 1. 具有 3阶至 7阶乘积的载波 F1 和 F2 。

互调信号在信号路径的后期产生，它们无法被滤除，并且可能比有源元件产生的更强但被滤除的 IM 产品造成更大的危害。

现场 PIM 测试是对线性度和施工质量的综合测量。

PIM 表现为一组干扰信号，由两个或多个强射频信号在非线性设备（例如松动或腐蚀的连接器，或附近的锈迹）中混合而产生。PIM 的其他名称包括二极管效应和锈蚀螺栓效应。

图 2. PIM 带宽随乘积的阶数增加而增加。

这对公式可以预测两个载波的PIM频率：

F1和F2为载波频率，常数n和m为正整数。

提到PIM产物时，n + m之和称为乘积阶数，因此，如果m为2，n为1，则结果称为三阶乘积（图1）。通常，三阶乘积最强，造成的危害也最大，其次是五阶和七阶乘积。由于PIM幅度会随着阶数的增加而降低，因此高阶乘积通常不足以引起直接频率问题，但通常会有助于提高相邻的本底噪声（图2）。

三阶分量不太可能直接落入设计的蜂窝接收频段。其他外部传输的能量很可能会在非线性传输线内混频，导致许多较小的PIM电平反复混频，从而导致宽带本底噪声升高，通常覆盖所有运营商授权的频谱。一旦该本底噪声升高进入接收频段，它就会打开一扇通往基站收发器的大门（有时还会通过低噪声放大器（LNA）增益）。

调制信号的互调

连续波 (CW) 信号的互调产物（例如 PIM 测试仪可能产生的产物）会显示为单频 CW 产物。在识别由调制载波产生的 PIM（这种故障可能在实时信号中看到）时，重要的是要知道由调制信号产生的互调比基波占用更大的带宽。例如，如果两个基波的带宽均为 1 MHz，则三阶互调产物的带宽为 3 MHz，五阶互调产物的带宽为 5 MHz，依此类推。PIM 产物的带宽可能非常宽，覆盖很宽的频率范围。

图 3. PIM 导致 1710 MHz 接收器灵敏度下降

图 4. PIM 导致 910 MHz 接收器灵敏度下降

随着扩频信号覆盖到当前的站点基础设施，由于传输系统线性度问题，将3通道UMTS传输与10 MHz LTE（假设是10 MHz而不是20 MHz！）混合使用将造成灾难性的后果。理论上，这可能会产生带宽超过30 MHz的三阶乘积，这还不包括五阶和七阶乘积带来的任何影响。这将是一个值得记录的有趣实验，因为100 MHz以上的噪声问题肯定会存在。

PIM计算示例

以下是两个PIM示例：一个来自850 MHz频段，另一个来自1900 MHz频段。在第一个示例中，1750 MHz是三阶互调产物之一，位于AWS-1基站接收频段内。如果1940 MHz和2130 MHz载波源在物理上彼此靠近，甚至共用同一根天线，任何腐蚀或其他非线性效应都会在1710 MHz产生三阶无源互调产物，这可能导致接收灵敏度下降或阻塞（图8-3）。值得一提的是，PIM产物不必直接落在上行链路信道上也会造成问题。它们只需落在接收器的预滤波器内即可，该滤波器通常与网络运营商的许可带宽相同。

广泛使用的 900 MHz 频段的 PIM 示例假设有两个 GSM 载波，一个为 935 MHz，另一个为 960 MHz。在这种情况下，910 MHz 的三阶产物位于基站接收频段（图 4）。

三个或更多载波

到目前为止，计算都假设只有两个载波存在。但在现实世界中，情况并非总是如此。在基站，不仅需要考虑天线系统内的载波，还需要考虑来自附近发射机的强信号。这些信号可能会反馈到天线系统，遇到非线性器件，与其他载波混频，并产生无源互调 (PIM)。当使用高度复杂的调制平台时，这个问题会迅速加剧；即使在使用相对较窄的带宽时，这种情况在蜂窝通信领域也已经非常明显。

当涉及三个或更多载波时，计算会变得非常复杂。网上有一些程序和电子表格可以帮助完成这项任务。如果可能的话，一个快速的替代方法是一次关闭一个发射机，找出哪些载波和天线线路导致了PIM。这可以大大简化计算和故障排除任务。

来自突发源的 PIM

类似PIM的效应也可能是由连接器配合面之间的绝缘膜周期性击穿引起的。腐蚀或异物沉积及其影响会导致这种绝缘膜随着时间的推移而出现。这种机制引起的干扰具有宽带性和突发性，发生频率从偶尔到每秒两到三次不等。这种效应是由微电弧或烧结引起的，可以通过PIM测试发现。

PIM 的原因

无源互调 (PIM) 源于两个或多个强信号和一个非线性连接点。强信号通常来自共用天线的发射机、使用相邻天线的发射机，或天线方向图冲突的邻近发射塔。射频连接损坏或扭矩不足、污染、疲劳断裂、冷焊点和腐蚀都可能造成非线性连接点。

由于非线性结点可能位于单元柜外部，因此可能无法通过滤波消除PIM。通常，需要识别并消除问题的根本原因。

图 5. 发射器附近的锈迹

损坏的连接器、电缆、双工器、环行器和天线都可能包含非线性元件。此外，附近的腐蚀物体（例如栅栏、谷仓屋顶或生锈的螺栓）只要到达的信号足够强，也可能导致PIM（图5）。这种效应很常见，甚至有专门的名称，称为“生锈的螺栓效应”。有很多不同的地方可以寻找非线性连接点。

机械考虑

从微观角度来看，电触点绝不是平坦或光滑的。这意味着接触面积并非表观面积，甚至不是承载面积，而是承载面积内的一系列小区域或点（图6）。点的大小和数量取决于触点表面的几何形状、金属硬度以及施加在触点上的压力。触点表面涂层（例如金或银）会影响接触点的大小，氧化物、碳氢化合物、灰尘、残留的助焊剂或触点加工产生的颗粒等污染物也会影响接触点的大小。

图 6. 放大的 7/16 DIN 电气配合面

空气、薄膜或厚膜可能会将不接触的区域隔开。金属区域和薄膜区域支持电流流动，但方式不同。在金属区域，电流流动取决于电导率；而在薄膜区域，电流流动则通过隧道效应发生。厚膜区域可能是绝缘的、导电的，或者在一定电压下容易发生电击穿。

金属接触

由于电流必须流过这些狭窄的导电点，因此会产生额外的电阻，称为收缩电阻。收缩电阻通常在毫欧姆级。收缩电阻的非线性是PIM的一种可能解释。这种非线性是由电流加热触点并进而改变电阻引起的。这种电阻变化很小，会随着通过接触面积的电流的变化而变化。

隧道效应

大多数金属表面覆盖着一层薄薄的氧化物，导致连接器两块金属板之间形成一个势垒。当电子拥有足够的能量越过势垒时，这种现象被称为肖特基效应。如果电子的能量较低，它们会以一定的概率穿过势垒。只有厚度小于100埃的薄膜才能测量到隧道效应。

生锈的螺栓效应

当氧化层足够多孔时，隧道效应不会在100埃处停止。高湿度腐蚀对钢铁有显著影响，当信号路径中存在生锈的金属结构或强发射信号附近时，会产生异常强烈的PIM失真。有人认为PIM是由腐蚀金属的半导体氧化物引起的。然而，实验结果表明，主要因素可能是松散且细小的接触面积，而不是腐蚀的连接区域。

烧结

当小电压击穿厚厚的锈蚀或污染物时，就会发生烧结。A 型烧结会产生新的接触点，而 B 型烧结则会扩大现有的接触点。烧结会导致两个表面之间金属的永久性转移。烧结，或其近亲，微弧，可能表现为每两三秒发生一次的宽带干扰。

铁磁材料

铁磁材料，例如铁、镍、钴以及一些镁、铝和铜的合金，都具有铁磁性。铁磁材料是PIM的重要贡献者，不应在蜂窝系统中使用。如果它们靠近重要的射频源，可能会产生惊人的PIM。

亚铁磁材料

亚铁磁材料（铁氧体）广泛用于微波元件，例如隔离器、环行器、谐振器和移相器。这些器件可以针对低PIM进行优化，但即便如此，它们产生的PIM也可能比天线系统中的其他无源器件更高。它们产生PIM的机制尚不清楚，看似相同的器件也可能产生不同程度的PIM。

多年来（大约十年），PIM 测试一直是检测隔离器或循环器内破裂的铁氧体元件的行业标准质量测试。

表面效应

如果电流密度足够高，导体表面的磨损或污染可能会导致PIM。在一项实验中，一根1毫米厚的铜中心导体垂直于长轴方向被磨损。当信号频率约为1.5 GHz、功率为44 dBm时，PIM增加了13至22 dB。在类似条件下，清除导线末端的助焊剂可使PIM降低10 dB。

PIM 源的时间依赖性

无源互调 (PIM) 源通常随时间变化。变化幅度可大可小。当 PIM 随时间变化时，接触不良尤其值得怀疑。这归因于时间、湿度和温度对灰尘或薄膜等污染物以及烧结的影响。振动或温度引起的接触面相对运动也使 PIM 源具有时间相关性。

现代蜂窝系统中使用的组件在正确安装的情况下，能够承受大量的振动和极端的温度变化。“动态”PIM 测试，即在测试过程中施加某种形式的“运动”的测试，可以模拟环境应力，并帮助识别松动的连接，如果不加以纠正，这些连接最终可能会产生高噪声。

成分

天线系统组件包括连接器、电缆、天线、循环器、双工器、同向双工器以及其他用于路由无线电信号的组件。每个组件都有其独特的产生PIM的方式。一些可能导致PIM的常见组件包括：

连接器

天线上的连接器是任何PIM搜索的首要嫌疑对象。连接器很可能是PIM的根源，并且容易引发一系列问题。首先，如果配合面间隙较小，就会形成“电压势垒”，从而允许电子隧穿（二极管效应）或微观电弧放电。在强信号存在的情况下，这两种情况都会导致PIM。

过度拧紧、接触压力不足、接触面变形、配合面异物或腐蚀造成的损坏都可能导致微小间隙。此外，腐蚀还可能形成晶体，这也会对射频信号产生非线性影响。在沿海地区，由于湿度和盐分含量较高，腐蚀问题尤为突出。在这种情况下，连接器可能需要定期清洁。

虽然这对于蜂窝服务设计的连接器来说并不常见，但值得一提的是，制造商会使用有色金属材料制造低PIM连接器。铁质材料在与射频信号一起使用时会产生非线性效应。例如，不锈钢会使信号增加10到20 dB的PIM。

镀镍或镀金镍的连接器会使信号产生 20 至 40 dB 的无源互调 (PIM)。蜂窝通信用连接器通常采用有色金属材质，并镀有银、白铜和金等涂层。

安装时切割电缆可能会产生金属颗粒或碎屑。如果这些颗粒残留在电缆中，或进入成品连接器，它们在接触载流表面时可能会引起PIM。如果电缆组件因温度或风吹而弯曲，污染物也可能是间歇性PIM的来源。

中心导体的深度非常重要。如果设置得太靠后，会导致接触不良，在高功率使用下可能导致PIM。如果中心导体伸出太远，连接时可能会造成物理损坏。这种损坏可能会导致下次连接时出现间隙。解决此问题的一种方法是使用连接器夹紧工具来正确设置中心引脚的深度。如果引脚深度是一个常见问题，可以使用专用测量夹具来测量中心引脚的深度。

值得注意的是，7/16 DIN 连接器是专门为解决 PIM 问题而设计的（图 8-7）。N 型连接器虽然仍然是一款非常优秀的连接器，但它最初设计于 20 世纪 40 年代，当时配备高灵敏度接收器的多载波通信系统尚未普及。N 型连接器最大的问题是公头外导体的总表面积非常小。任何表面损坏都会使正确配接或测量几乎不可能。

仔细清洁、正确组装、妥善包裹连接器以及适当的连接器扭矩是解决连接器引起的PIM问题的最佳方案。工具必须保持清洁、锋利且调整良好。遗憾的是，当发现连接不良时，人们的第一反应是过度拧紧组件，这几乎总是会导致变形损坏。

电缆

电缆通常不会引起无源互调 (PIM)，但端接不良或损坏的电缆确实会造成问题。请谨慎使用屏蔽层有接缝的电缆。随着电缆老化，接缝可能会腐蚀，从而导致无源互调 (PIM)。电缆的中心导体也可能存在故障，因为镀铜层与铝芯的粘合性并不总是很好。如果制造不良，铜可能会剥落，产生金属颗粒和连接不良，从而有可能造成间歇性无源互调 (PIM)。

电缆的物理结构会随着温度变化而改变。例如，阳光会使电缆变热，从而改变其电气长度。一根电缆在凉爽时恰好具有抵消PIM的长度，但在温暖的天气里改变长度后，可能会表现出强烈的PIM，或者反过来，在炎热天气下效果良好，在寒冷天气下效果不佳。此外，长度的物理变化会使原本良好的连接变得质量较差，也会产生PIM。最后，在尝试降低PIM时，电缆线路中的水是不利的。

测试电缆的PIM稳定性时，请将电缆放置在距离相关连接器12英寸（约30厘米）的位置，并将其旋转约1英寸（约2.5厘米）使其偏离其自然轴线。这通常足以显示任何与端接质量相关的问题。

天线

天线是任何传输系统的关键部件。它们吸收信号的全部功率，如果产生任何无源互调 (PIM)，它将与其余信号一起被广播出去。如果天线也用于接收，PIM 已经存在于导体中，没有传输损耗，随时可能对接收造成损害。

天线容易出现疲劳断裂、冷焊点和腐蚀。由于无源互调 (PIM) 产生的机械特性，标准机构建议在 PIM 测试期间轻轻敲击天线，以查看是否会产生 PIM 尖峰。安装前也可以在地面上测试天线，强烈建议这样做。必须小心操作，因为天线会辐射高射频电平，并且特别容易受到外部近场干扰的影响，从而导致误报。在现场进行这项测试可能非常困难，因此最好将第一个良好的天线放在一边，并定期重新测试，以确保您的环境或测试设置没有发生变化。任何测试良好的设备都可以通过将天线指向围栏、垃圾箱或任何其他大型金属结构来确认故障，因为这总是会产生外部 PIM 源。然后可以在测试仪上测量该结果，以确认是否存在故障。

附近腐蚀

任何附近的腐蚀都可能导致PIM。检查生锈的栅栏、生锈的屋顶、生锈的桅杆螺栓等等（图8-8）。

防止塔生锈将提高可靠性，并让维护人员晚上睡得更安稳。

避雷器

虽然避雷器并非故意造成PIM，但它们是微弧放电的来源。随着使用时间的推移，它们的击穿电压会逐渐降低，最终射频功率峰值会导致它们产生与天线或连接器微弧放电非常相似的电弧。如果其中一个连接器损坏，就会引起传统意义上的PIM。这些产品承受着巨大的价格压力，是产品质量不如从前的一个典型例子。

PIM 的迹象

PIM 通常表现为受影响扇区的统计数据不佳（图 9）。PIM 的最初也是最直接的迹象之一可以在具有两条接收路径的小区中看到。如果两条路径之间的噪底不相等，则原因很可能是噪声接收路径内部产生的 PIM。运营商将这种情况称为接收分集噪底不平衡。与发射器共享的路径（在本例中为 Rx 0）尤其可能是噪声较大的路径，因为该路径通常具有足够的功率，只需要添加一些非线性器件或连接点。

图 9. 带有 Rx 测试端口的扇区天线系统

两条接收路径上的本底噪声升高很可能是由天线系统外部因素造成的，例如螺栓生锈或外部干扰源。无论哪种情况，都值得前往基站分析原因。其他更常见的 PIM 迹象包括通话时间变短、掉线率升高以及通话音量降低。

另一个可能存在PIM的指标是，一个站点在流量高峰期频繁出现性能问题，但技术人员调查后却找不到真正的故障。一旦该扇区被重置或校准，需要一段时间才能建立性能数据，故障通常要等到该扇区再次处理一定量的流量时才会显现出来（通常是第二天）。

我们经常听说有些站点的性能问题已经持续了 12 个月以上，在经过多次现场访问、执行塔台工作任务以及花费大量时间和金钱之后，技术人员发现 PIM 测试发现跳线电缆上的连接器只是有一个松动的背螺母。

如果某个基站在干燥条件下性能不佳，但在暴雨经过该地区时性能会显著改善，则技术人员应立即检查周围区域是否有生锈的支架，例如空调管道。

这种非常常见的故障经常出现在人口密集地区的屋顶站点。

PIM测试

天线系统内部及附近的许多不同组件都可能导致PIM。业内普遍认为天线组件需要测试。显然，PIM可能是蜂窝天线系统的一个问题，因此需要进行一些测试。一般而言，PIM问题最常出现在初始安装、老化后或在旧天线系统中添加新载波时。PIM测试是了解天线系统如何响应多个高功率射频信号的唯一可靠方法。

自蜂窝无线电网络问世以来，PIM 测试已成为几乎所有主流设备制造商的一项常见测试。随着蜂窝通信技术的进步，在基站安装和维护阶段进行 PIM 测量已成为标准做法。

例如，诺基亚和阿尔卡特朗讯等原始设备制造商 (OEM) 多年来一直使用 2 x 46 dBm 的 PIM 测试作为质量工具。所有供应基站内安装产品的公司都必须遵守与 PIM 性能相关的严格性能指标。

反射或反向 PIM 测试

反向（或反射式）PIM 测试是最常用的 PIM 测试类型。此测试将两个信号发送到天线，并使用相同的测试端口捕获和测量任何 PIM。用于现场使用的 PIM 测试仪通常是反射式测试仪。然而，反射式 PIM 测试结果会受到天线电缆电气长度的影响（图 10）。反向波可能会叠加，甚至抵消。因此，在固定频率下进行的反向 PIM 测试可能不准确。反向或反射式 PIM 测试应在扫描其中一个频率时进行，以避免无意中消除部分误差信号。另一种选择是更改其中一个测试频率，以查看结果如何变化。基站和其他无线电发射机通常使用反向 PIM 测试进行测试，因为使用正向 PIM 测试仪并不总是可行的。

图 10. 反射式 PIM 测试仪框图

前向 PIM 测试

正向 PIM 测试可以通过两种方式进行：在被测设备 (DUT) 的输出端使用滤波网络，或使用外部天线测量传播信号，例如消声室中的天线。使用滤波网络的正向测试只需在输出端使用双工器或三工器，将高电平信号与低电平 PIM 信号分离即可。

在端接主信号之前，使用低 PIM 衰减器和耦合器提取 PIM 频率也很容易。两种设置类型都需要一个对测试频率具有高抑制能力的滤波器。准确考虑所有损耗也很重要。背靠背测试（线路中无被测器件）可以指示测试系统的残余 PIM 水平。

天线的前向无源互调 (PIM) 测试涉及测量通过被测天线系统传输的信号。这需要外部接收天线和频谱分析仪。出于实际原因，已安装的天线系统很少使用前向无源互调 (PIM) 测试方法进行测试，尽管个别天线系统组件可能会进行测试。如果可以使用前向无源互调 (PIM) 测试，则在受控环境中进行测试时不会受到干扰抵消的影响，并且无需扫描测试信号即可获得准确的结果。执行此类测试时，需要高抑制滤波，以便测量所需的特定频率。

这种测试在查找导致PIM的外部材料时非常方便，例如松动的防水层或建筑施工中常用的其他金属制品。空调管道尤其容易出现问题。这些支架很少能耐腐蚀。

困难在于很难确定您是否正在测量生成的 PIM 信号的反射，因此这个测试虽然非常有用，但可能很棘手。

功率级别

目前尚无国际标准来定义用于基站 PIM 测试的 PIM 测试功率水平。IEC62037 是目前最接近的规范，但它的制定目的是为组件制造商提供一种比较射频设备线性度的方法。为了提供一种通用的程序来比较不同制造商生产的设备，该规范建议在对组件施加动态应力的同时，使用 2 x 20 瓦功率进行 PIM 测试。

由于缺乏真正的现场规范，许多运营商也采用 2 x 20 瓦测试进行基站测试。对于塔顶测试，由于缺乏高功率、电池供电的 PIM 测试解决方案，运营商允许使用 2 x 4 瓦测试设备。这些低功率测试有助于故障排除，但无法传输足够的功率来认证站点性能。

原因在于PIM测量对功率非常敏感。理论上，非线性结产生的PIM会在测试功率每增加1dB时增加3dB。在实际应用中，由于非线性结具有一定的随机性，测试功率每增加1dB，PIM水平通常会在2.2dB到2.8dB之间变化。由于这种巨大的变化，我们无法根据已知功率水平下PIM的变化来准确预测某一功率水平下PIM的幅度。

在某些情况下，当射频场达到阈值水平时，非常小的气隙或轻微接触的金属表面都可能产生微电弧。此类缺陷不再遵循典型的 3.0 dB/dB 噪声增加规则。一旦开始电弧，噪声水平就可能因功率的微小变化而显著增加。同样，在 DAS 安装等低功率应用中，斜率接近 2.2 dB/dB 的 PIM 缺陷在实际使用条件下产生的干扰可能远高于使用典型的 3 dB/dB 规则推断 20W 结果所预测的干扰。

为了帮助运营商深入了解站点无源器件产生的实际噪声水平，PIM 测试应在与该站点实际使用的功率水平相似的功率水平下进行。对于宏基站，该功率水平通常在 20 至 60 瓦之间；对于室内 DAS 系统，功率水平可能在 20 瓦到 0.1 瓦之间。为了确定合适的测试参数，运营商需要考虑系统中可能出现的功率水平以及由于使用的频率组合而可能产生的 IM 阶次。

扫描测试信号

有些 PIM 测试仪允许用户选择两个固定频率进行测试。有些则允许其中一个频率进行扫描。扫描式 PIM 测量的原理是，保持一个发射音的频率固定，同时改变第二个发射音的频率，从而使 IM 产物在系统接收频段的一系列频率范围内进行“扫描”。

PIM 测量是对被测 IM 频率下线路上产生的所有 PIM 信号进行矢量和计算。当存在多个 PIM 源时，这些信号可能会在特定测试频率下出现异相组合，而实际上各个 PIM 水平均已失效，因此测试结果显示为合格。扫频 PIM 测试会在一定频率范围内改变 IM 频率，使用户能够更清晰地了解系统的真实 PIM 性能。

扫频 PIM 测试的一个问题是，在基站进行测试时，很可能会受到移动用户的干扰。而固定频率 PIM 测试则可以谨慎选择 F1 和 F2 测试频率，使 IM 产物频率落在保护带频率内，不受移动流量干扰。

振动

由于微小间隙或腐蚀等机械问题都可能导致PIM，因此物理振动可能会改变PIM水平。标准机构设计了冲击测试来模拟风引起的自然振动和温度变化引起的应变。长期以来，对天线连接进行窃听以查看是否会影响VSWR一直是标准做法。窃听连接和天线将有助于发现间歇性PIM。

尽量不要用力敲击任何东西，也不要直接敲击同轴电缆。一个好的经验法则是，敲击的力度不要超过用指关节敲门的力度。务必确保所有现场工作人员都理解这条经验法则。

CPRI 上的 PIM 测试

PIM over CPRI 测试是一项专利技术，通过监测常规 LTE CPRI 射频流量，能够在地面实时系统上进行 PIM 测量。通过利用远程射频头 (RRH) 和基带单元 (BBU) 之间下行链路和上行链路的 CPRI 数据，PIM over CPRI 测试可以计算 LTE 上行链路的 PIM 退敏程度。此测量过程可测试真实的 PIM 场景，例如自生 PIM（由构成 LTE 信号的多个 15 kHz 子载波混合并产生互调引起）以及二阶和三阶谐波（例如，850 MHz 下行链路干扰 1700-2100 MHz AWS 上行链路，或 900 MHz 下行链路干扰 1800-2100 MHz 上行链路）。由于使用的是实时流量，因此没有使用经过校准的 43 或 46 dBm 双音连续波信号，而只使用了 LTE 子载波和资源块。测试结果并非连续波 PIM 信号的 dBc 结果，而是测量并计算检测到的相关 PIM 信号的 PIM 去敏值（可以理解为上行信号中的噪声量，或以 dB 为单位的信号与 PIM 之比）。此测试的工作原理是同步并比较一个扇区内所有可用的下行 MIMO 信号（最高 2x MIMO）与每个单独的上行信号。CPRI 上的 PIM 测试还可以确定检测到的 PIM 是位于天线系统内部还是外部。 

PIM 限制

可接受的PIM水平通常由站点或设备所有者设定。这些数字将基于其特定的频段和设备场景。10年前安装的天线在制造时可能并未考虑PIM性能，因此将PIM水平设置为高于-80 dBm/123 dBc是不现实的，因为很少有天线的测量结果能够令人满意。在设计网络时，也不太可能考虑PIM规格。

所有新天线及相关组件均应随设备附带出厂测试结果。任何现场测试结果都应与这些数据紧密相关。

务必记住，客户必须在采购过程中明确PIM要求，包括具体的测试参数和测试功率。对于从未提出要求的规格，很难获得保修。

天线系统的典型PIM指标在-150 dBc至-160 dBc之间，使用2 x 20瓦PIM测试仪进行测量。这实际上相当于最大PIM电平为-107 dBm。新型天线系统通常应处于该范围的低端，而较旧的天线系统至少应处于该范围的高端。

全球范围内，系统级站点 PIM 测试的标准值为 -97 dBm/140 dBc。在现场测试中，达到这个值并不难。一旦超过 -95 dBm/138 dBc 的范围，PIM 值通常会显著改善，测量结果通常为 -125 dBm/168 dBc。随着 LTE 服务的覆盖，-97 dBm/140 dBc 的通过值可能不够。因此，在 PIM 测试中，最好超过规定的接收机灵敏度水平（通常在 -107 dBm/150 dBc 左右）。

定位PIM

定位PIM源的方法有很多种。传统方法是通过目视检查以及敲击或操作来测试可疑的连接或部件。如果PIM水平受到任何此类操作的影响，则需要更换该部件。

另一种方法是不断更换零件，直到问题消失。这种方法既耗时又昂贵，而且在技术人员不了解PIM测试的情况下，这似乎是修复PIM问题的标准方法。

安立公司发明并开发了一项名为“Distance-to-PIM™”（DTP）的专利技术，用于精确定位PIM故障。DTP可以显示天线系统内部PIM问题的位置，以及与天线系统外部PIM源的距离。这在提高现场PIM测试信息质量方面迈出了令人瞩目的一步。然而，在精确定位天线以外的外部PIM方面仍然存在一个问题——DTP可以显示PIM源与天线的距离，但无法显示其角度。如果天线的波束宽度为120°，则PIM源可能位于DTP测量距离内120°弧度范围内的任何位置。

现在，有了安立PIM Hunter™ 探头，一旦确定了 PIM 源，测试技术人员就可以使用该探头精确定位天线之外的外部 PIM 位置。技术人员只需沿着距离天线 DTP 距离的弧线，使用 PIM Hunter 探头即可精确定位 PIM 源，精度通常可达几厘米。

PIM 搜寻流程图如下所示。该流程首先由 PIM 测试仪向被测系统注入两个高功率测试信号。测试信号通过现场天线发射，激发射频路径中的任何 PIM 源。这些 PIM 源的行为类似于连续波 (CW) 发射机，向各个方向辐射 IM3 频率。将 PIM 搜寻器测试探头连接到频谱分析仪（处于突发检测模式或自定义设置），并安装合适的带通滤波器后，技术人员可以沿着 PIM 测试仪的 DTP 测量值提供的距离弧线“搜寻”这些 IM3 信号源。当探头尖端靠近 PIM 源时，PIM 值会增加多达 30 dB，从而指示 PIM 源的精确位置。

预防 PIM：最佳实践

尽可能利用制造商的安装培训课程非常重要，因为他们知道他们的连接器如何安装以及如何最好地组装它们。

使用精密射频电缆和连接器时，需要遵循一些最佳实践。务必保持连接器清洁，避免连接器变形，并确保连接器中心导体完好无损。

检查

拆开连接器后，检查其是否有物理损坏。中心连接器不应松动，并且不应有明显的凹痕或划痕。小型放大镜有助于检查。任何损坏或污染都可能导致微电弧或二极管效应，从而造成一定程度的无源互调 (PIM)。此检查还有助于发现驻波比 (VSWR) 问题的根源。

打扫

保持连接器清洁，以最大程度地减少PIM。此程序借鉴了实验室实践，在连接器出现问题时非常有用。重新组装前，需要用棉签、低压空气、异丙醇和牙签清洁连接器。

这个过程如下：

使用低压压缩空气去除松散的颗粒。–
为此目的，喷雾罐中装有少量压缩空气。–
颗粒可能来自屏蔽层（切割时）或连接器本身。–
牙签可用于去除空气无法去除的任何小颗粒。
使用沾有异丙醇的棉签或“Q-Tips”清洁其余表面。——
只需使用适量的异丙醇即可，因为异丙醇可能会融化任何塑料部件。
再次使用低压空气去除任何残留的小颗粒并干燥表面。

重新组装或插接连接器时，请小心不要扭曲连接器。如果扭曲，中心销上可能会留下细小的划痕，从而影响其精度。

如果中心销自由扭转，精密连接器只需五次连接/拆卸循环就可能损坏。细小的划痕可能会导致过大的驻波比 (VSWR) 和无源互调 (PIM)。

焊接过程中产生的多余助焊剂应清除干净，因为助焊剂具有粘性，会吸附污染物。这反过来可能会加剧PIM。

扭矩

将连接器拧紧至合适的扭矩。适当的扭矩不仅必要，也有助于最大限度地减少PIM。扭矩过低会导致中心连接器出现间隙，从而产生PIM。扭矩过高则会损坏中心连接器，再次导致PIM。

然而，如果需要多次连接和断开相同的接头，配接次数可能会成为一个问题。制造商会明确说明其能够保证的配接次数。

有些设备无法承受超过几个完整的扭矩循环，因此必须小心操作，以免设备在安装前就出现技术上的“磨损”。天线面板上的连接器就是一个很好的例子。很少有设计能够承受超过几个循环，连接器底座就会从底盘上松动。这通常会导致天线的无源互调 (PIM) 失效，并且很可能会显示有问题的线扫描。

对于 7/16 DIN 连接器，20 英尺磅是可接受的值，对于 N 型连接器，12 英寸磅是常见值。一些制造商可能会指定略低的值。如果制造商指定了较低的值，请使用制造商的值。建议的做法是确保每个拧紧连接器的人员都拥有合适的扭矩扳手（图 11）。

向每个制造商核实扭矩规格非常重要，因为它们会根据情况略有不同。

图 11：分离式扭矩扳手

概括

线性度不足会限制蜂窝系统的接收灵敏度。这会限制系统的可靠性、数据速率、容量、覆盖范围和投资回报率。PIM 测试是衡量线性度和构建质量的卓越指标。

PIM 是由两个或多个强射频信号在非线性器件中混合而产生的。这些非线性器件或连接点通常出现在未正确拧紧、损坏或腐蚀的连接器或损坏的天线中。在寻找 PIM 源时，生锈的组件（例如支架和螺栓）也是可能的原因。

许多常见的频率组合都可能在蜂窝接收频段产生无源互调 (PIM)。蜂窝接收频段内的信号会提高接收噪声基底，增加误码率，并缩小蜂窝通信的接收区域。避免 PIM 的第一步是将潜在的 PIM 产物置于接收频段之外。然而，容量的增加、新服务的出现以及老化的基础设施都与此策略相悖，使得 PIM 测试变得日益重要。显然，大多数影响服务的现场 PIM 问题都源于内部产生的干扰边带，而非计算出的频率本身。

正确保养和维护连接器对于保持较低的PIM至关重要。检查和清洁是确保良好性能的关键。适当的扭矩也很重要，因为这可以防止中心连接器损坏。

随着蜂窝系统的老化和载波数量的增加，PIM 测试变得越来越重要。在蜂窝系统轻负载时，PIM 测试并不那么重要，但现在它已成为现代蜂窝维护的关键部分。

考虑到PIM因素的基站建设，其长期维护成本更低。与未进行PIM测试的类似基站相比，该基站的性能更稳定。